Qual é o maior tamanho possível de um buraco negro? Astrofísicos respondem essa questão

Buracos negros supermassivos são objetos que estão localizados no centro de galáxias, inclusive da Via Láctea. Eles possuem massas que chegam a milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol. Enquanto uma galáxia possui um buraco negro supermassivo no centro, bilhões de buracos negros menores chamados de estelares podem ser encontrados em diferentes partes da galáxia.

Enquanto os buracos negros estelares são formados a partir de morte de estrelas massivas, a origem dos buracos negros supermassivos ainda permanece como um mistério. Várias hipóteses foram propostas para explicar como buracos negros são formados. Uma delas é que os supermassivos formaram quando buracos negros menores se alimentaram e se fundiram. Já outra proposta é formação direta a partir de densas nuvens de gás primordial.

Além disso, há uma relação entre os buracos negros supermassivos e suas galáxia como, por exemplo, a massa do buraco negro central e massa do bojo estelar. Essa relação indica que pode ter ocorrido uma coevolução da galáxia e buraco negro. Analisando essa relação, um grupo de astrônomos encontrou que pode ter um limite máximo no qual um buraco negro supermassivo pode chegar.

Buracos negros supermassivos

Buracos negros supermassivos são buracos negros que possuem massa de milhões a bilhões de massas solares. Geralmente, os buracos negros supermassivos são encontrados no centro de galáxias. A Via Láctea possui um buraco negro supermassivo chamado Sgr A* com cerca de 4 milhões de massas solares.

Os buracos negros supermassivos possuem um horizonte de eventos enorme que pode ir desde o raio da órbita de Mercúrio até centenas de vezes maior que o Sistema Solar. O horizonte de eventos é a região que delimita o ponto que nem mesmo a luz consegue escapar do buraco negro. O maior conhecido atualmente é o Phoenix A* que chega a 100 bilhões de vezes a massa do Sol.

Origem dos buracos negros

Por causa dos tamanhos e das massas enormes, os buracos negros supermassivos não teriam tempo o suficiente de chegar nesses tamanhos através da acreção apenas. Isso leva a questão de como os buracos negros supermassivos surgiram e como chegaram ao centro das galáxias. Diferentes hipóteses foram propostas para explicar a origem desses objetos mas até hoje nenhuma consegue explicar.

Um dos motivos é que observações de quando o Universo era extremamente jovem mostram buracos negros com massas muito grandes. A presença deles nessa época do Universo cria um problema para os modelos teóricos porque o tempo disponível para seu crescimento a partir de buracos negros estelares é muito curto. Isso levanta questões sobre como eles cresceram de forma rápida.

Relação com a galáxia

Uma forma de analisar essa pergunta é analisar a relação conhecida entre buracos negros supermassivos e as galáxias que eles habitam. Há diferentes correlações que conectam a massa do buraco negro com propriedades da galáxia. Uma delas é a relação massa-dispersão que mostra que a massa do buraco negro é relacionada com a velocidade de dispersão das estrelas no bojo galáctico.

Outra correlação é a massa do buraco negro e a massa do bojo galáctico. Isso pode indicar que esses buracos negros e suas galáxias evoluem juntos. Um exemplo dessa coevolução é o efeito de feedbacks quando ventos e jatos emitidos pelo buraco negro regulam a formação estelar e evita o crescimento excessivo da galáxia.

Quando eles param de crescer?

A pergunta que surge é até que ponto os buracos negros conseguem crescer? Existe algum limite máximo que eles chegam? Segundo artigo submetido recentemente no repositório arXiv, os buracos negros supermassivos possuem um limite natural de crescimento. E o limite seria colocado pelos próprios buracos negros.

Quando um buraco negro se alimenta de gás, uma parte é expelida através de feedbacks como ventos e jatos. Os feedbacks podem chegar até gases frios e distantes na galáxia fazendo o gás aquecer, além de afastar gases próximos ao buraco negro. O processo de aquecimento interrompe a formação estelar. Esse processo evita que gás caia na direção do centro e regulando o crescimento do buraco negro.

Limite

Considerando os mecanismos de feedback é possível calcular o maior tamanho possível de um buraco negro. O limite máximo que um buraco negro para chegar seria de aproximadamente 100 bilhões de massas solares.

Caso confirmado, isso mostra que o Phoenix A* é um dos únicos buracos negros nesse tamanho que encontraremos. Encontrar um maior ou do mesmo tamanho que Phoenix A* pode ser extremamente raro.

Referência da notícia

Natarajan & Treister Is there an upper limit to black hole masses? arXiv